陕南土壤中水溶态硒, 氟的含量及其在生态环境的表征

陕南土壤中水溶态硒, 氟的含量及其在生态环境的表征内容摘要：

环 　境 　化 　学 ENV IRONM ENTAL CHEM ISTRY 第 24 卷 　第 3 期 2 0 0 5年 　　 5 月 Vol. 24, No. 3 M ay　　 2005 陕南土壤中水溶态硒 、 氟的含量及其在生态环境的表征 3 李永华 　王五一 　杨林生 　雒昆利 　李海蓉 (中国科学院地理科学与资源研究所 , 北京 , 100101) 摘 　要 　以陕南早古生代地层上发育的土壤为材料 , 研究土壤中水溶态硒 、氟的含量及其与总量 、土壤 pH 值之间的关系 , 探讨土壤水溶态硒 、氟含量在生态环境中的表征作用 . 结果表明 , 陕南土壤中水溶态硒 、 氟的平均含量分别为 01012 μg・g - 1和 0187 μg・g - 1 , 土壤中水溶态硒 、氟的含量同其总量之间都存在着显 著的正相关关系 ; 在供试土壤 pH 范围内 ( 5110 —7152 ) , 水溶态硒的含量随 pH 值的增加先降后升 , 水溶 态氟随 pH 值的增减而同步增减 , 其相互间的关系均可用函数方程式定量表达 . 水溶态硒含量能较好地表 征陕南的高硒生态环境 , 水溶态氟可作为生态系氟质量状况的一个指标 , 但其指示作用又囿于地域空间的 限制 . 关键词 　硒 , 氟 , 水溶态 , 土壤环境质量 , 陕西省 . 　　陕西省南部山区的地理环境和地质背景复杂多变 , 是我国地球化学因素 、生物因素所致多种地方 病的高发区 , 其成因又独具特色 , 尤其是燃煤污染型氟中毒和早古生代黑色岩系出露污染现代生态环 [ 1, 2 ] 境所致的硒中毒在硒 、氟与健康研究中占有特殊地位 . 与总量相比 , 元素的水溶态含量因被生态 系有效利用率高而与健康的关系更为密切 , 成为评价其生态和健康效应的一个重要指标 . 　　本文以陕西省紫阳 、岚皋 、平利 3 县为例 , 研究早古生代地层上发育的几种主要土壤类型中水溶 态硒 、氟的含量 , 及其在生态环境上的表征作用 , 旨在为改善区域环境质量 , 防治地方性硒 、氟中毒 提供理论依据 . 1 　材料与方法 111 　实验材料 　　根据陕西省地方病图集和煤炭资源分布资料 , 选取陕南硒中毒发生区 、氟中毒流行区和石煤暴露 区相重叠的紫阳 、岚皋和平利 3 县为研究区 , 在 3 县的早古生代地层上采集 8 个有代表性植被下的典 型自然土壤剖面 , 按发生层次采集土壤 19 份 , 土壤母质 8 份 . 供试土壤剖面的基本情况见表 1. 表 1 　供试土壤剖面的基本情况 Table 1 　Basic p roperties of the tested soil p rofiles 编号 采样地 土壤类型 土层深度 / cm 母质 植被 A 紫阳东关村 粘盘湿润淋溶土 B 紫阳双安 粘盘湿润淋溶土 A1: 0 —5; A2: 5 —15 千枚岩 马尾松 +灌木 B1: 0 —8; B2: 8 —30 碳质板岩 灌木 +杉木 C 紫阳安坪 粘盘湿润淋溶土 C1: 0 —3; C2: 3 —10 含碳质板岩 马尾松 +灌木 D 紫阳双胜 粘盘湿润淋溶土 D1: 0 —3; D2: 3 —15 铝质风化壳 灌木 +马尾松 E 紫阳平川 漂白湿润淋溶土 E1: 0 —3; E2: 3 —10 灰色页岩 灌木 +槭树 F 岚皋九台 粘盘湿润淋溶土 F1: 0 —9; F2: 9 —22; F3: 22 —40 碳板岩 灌木 G 岚皋银盘 粘盘湿润淋溶土 G1: 0 —6; G2: 6 —18; G3: 18 —32 板岩 灌木 H 平利龙门 粘盘湿润淋溶土 H1: 0 —8; H2: 8 —30; H3: 30 —55 页岩 灌木 +马尾松 　 2004 年 8 月 4 日收稿 . 　 3 国家 “十五 ”攻关项目 (编号 : 2004BA704B03) ; 国家自然科学基金项目 (编号 : 40171006) . © 1994-2006 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 　280 环 　　境 　　化 　　学 24 卷 112 　样品处理 　　将剔除砾石和碎根后的土壤平铺于大张滤纸上 , 自然风干 , 混匀 , 采用四分法取约 200g土壤置 于玛瑙研钵中 , 研磨过 20 目尼龙筛 , 再从中取 50g左右置于玛瑙球磨机中研磨过 100 目尼龙筛 . 土 样储于干燥处备用 . 　　称取过 20 目筛的土壤 40g置于塑料瓶中 , 按土液比 1 ∶ 5 加入去离子水 , 振荡 30m in, 离心 , 保留 上清液备用 . 并采用平行样品及国家一级土壤标样 ( GBW 07401 ) 进行质量控制 . 此上清液还可供测 土壤 pH 值 . 113 　样品分析 [3] 　　总硒的测定 　称取 012000g 100 目的土壤置于洁净的三角瓶中 , 加入 20m l混合酸消化液 , 砂 浴消化至少量白烟逸出 , 取下稍冷 , 加入 1m l H2 O2 、 2m l浓 HC l, 继续消化至样品呈乳白色或暗灰 色 . 冷却 , 加入 20m l 去离子水及 10m l pH 为 210 的 EDTA 2HAHC 混合液 , 移至暗室 , 再加入 3m l DAN 试剂 , 水浴煮沸 5m in, 最后加入 5m l环已烷 , 振荡 5m in, 分离上层混合液 , 用荧光分光光度计 检测硒的含量 . 激发波长 377nm , 分析荧光波长 522nm. [4] 　　总氟的测定 　称取 011000g 100 目的土壤置于镍坩埚中 , 加入 2g固体 NaOH , 充分混合 . 将坩 埚置于电炉上逐步升温至样品熔融液呈深红色 , 恒温 5m in. 用 10m l去离子水冲洗坩埚内壁 , 再用浓 - 1 HC l和 6mol・ l NaOH 调节 pH 至 8 —9, 无损耗过滤 , 将滤液转移至 50m l比色管中 , 定容 , 备用 . 吸取 10m l样液置于 50m l烧杯中 , 加入 10m l TISAB 溶液 , 插入氟电极及甘汞参比电极 , 在磁力搅拌 器上充分搅匀 , 静置读取氟电位值 . 2 　结果与讨论 211 　陕南土壤中硒 、氟的含量 - 1 - 1 　　由表 2 可知 , 土壤水溶态硒含量的变化范围为 01001 —01051μg・ g , 平均值为 01012μg・ g ; - 1 - 1 水溶态氟含量的变化范围为 0124 —2116μg・g , 平均值为 0187μg・g . 对应土壤总硒含量的变化 - 1 - 1 - 1 范围为 0107 —48113μg・g , 平均值为 5170μg・g ; 总氟含量的变化范围为 254 —1400μg・g , 平 - 1 均值为 533μg・g . 土壤 pH 值介于 5110 —7152, 呈酸性或中性反应 . 表 2 　土壤剖面各层硒 、氟含量 (μg・g - 1 ) Table 2 　Se and F concentrations in different layers of soil p rofiles and their pH 编号 pH 水溶硒 总硒 水溶氟 总氟 编号 pH 水溶硒 总硒 水溶氟 总氟 A1 5188 01010 0136 0168 277 F1 7108 01006 0126 1140 398 A2 5188 01004 0123 0124 359 F2 7131 01003 0112 2116 406 B1 6181 01034 42160 0165 363 F3 7101 01001 0113 1130 390 B2 7152 01025 48113 1108 359 G1 6174 01004 0119 0139 254 C1 5136 01031 2149 0132 415 G2 6133 01002 0111 0125 272 C2 5110 01018 2141 0126 431 G3 6136 01001 0107 0124 296 D1 6130 01005 1111 0178 614 H1 7129 01023 2108 0198 603 D2 6104 01001 0151 0124 779 H2 6187 01051 1105 1144 735 E1 6144 01003 1118 0196 647 H3 6179 01002 0142 1175 1095 E2 6119 01001 4189 1140 1440 平均值 6149 01012 5170 0187 533 212 　陕南土壤中水溶态硒 、氟含量的影响因素 　　相关分析表明 , 土壤中水溶态硒 、水溶态氟的含量同总量之间都表现为显著正相关 . 为了从定量 上阐述土壤中硒 、氟的总量对其水溶态含量的影响 , 我们对硒 、氟的水溶态含量与其总量间的关系进 行了多种函数拟合 . 　　水溶态硒同总硒之间存在较好的幂函数关系 : 01439 y水溶态硒 = 01006 x总硒 　　 ( r = 0161, p < 0101 ) 土壤水溶态氟同总氟之间则存在较好的对数函数关系 : © 1994-2006 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 　3 期 李永华等 : 陕南土壤中水溶态硒 、 氟的含量及其在生态环境的表征 　281 y水溶态氟 = 01546 ln x总氟 - 21494 　　 ( r = 0145, p < 0105 ) 　　用同样方法发现土壤水溶态硒同 pH 之间的最优关系是多项式关系 : 2 y水溶态硒 = 01012 xpH - 01145 xpH g 01464 　　 ( r = 0139, p < 0105 ) 　　水溶态氟同 pH 之间的最优关系为指数关系 : 01806 x y水溶态氟 = 010036 epH 　　 ( r = 0168, p < 0101 ) 　　由最优拟合函数关系式可知 ,